化工仪表与本质安全.ppt

化工仪表与本质安全,2015.10,培训内容,化工仪表安装规范 化工仪表基础维护与管理 安全仪表系统 安全仪表系统工程实施 培训小结,化工仪表安装规范,GB 50093 自动化仪表工程施工及验收规范 GB 50168 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB 50235 工业金属管道工程施工及验收规范 GB 50236 现场设备、工业管道焊接工程及验收规范 GB 50258 电气装置安装工程 GB/T 4989 热电偶用补偿导线 SH 3501 石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 SH 3505 石油化工施工安全技术规程 HG/T 21581 自控安装图册,规范引用,化工仪表安装规范,概述 化工自动化仪表要完成检测或调节任务，各个部件必须组成一个回路或组成一个系统。仪表安装就是把各个独立的仪表、管线、电缆、附属设备等按是要求组成回路或系统完成检测和调节任务。,化工仪表安装规范,仪表安装术语 一次测点 一次部件 一次阀门 一次仪表、一次调校 二次仪表、二次调校 仪表加工件 带控制点工艺流程图（P&ID图）,化工仪表安装规范,常用图形符号,化工仪表安装规范,常用图形符号,化工仪表安装规范,温度仪表安装 温度一次仪表安装方式 法兰固定安装 螺纹固定安装 法兰和螺纹连接共同固定安装 简单保护导管插入安装 二次温度仪表安装,化工仪表安装规范,温度仪表安装 温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等阻力部件的附近和介质流束呈死角处。 就地指示温度计要安装在便于观察的地方。 热电偶的安装地点应远离磁场。 温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装，应逆着流向。 双金属温度计在DN50管道或热电阻、热电偶在DN70的管道上安装时，要加装扩大管。 压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。,化工仪表安装规范,温度仪表安装 温度二次表要配套使用。热电阻、热电偶要配相应的二次表或变送器。特别要注意分度号，不同分度号的表不能误用。 热电偶必须用相应分度号的补偿导线。 热电阻宜采用三线制接法，以抵消环境温度的影响。每一种二次表都有其外接线路电阻的要求，除补偿导线或电缆的线路电阻外，还须用锰铜丝配上相应的电阻，以符合二次表的要求。 补偿导线或电缆通过金属挠性管与热电偶或热电阻连接。 同一条管线上若同时有压力一次点或温度一次点，压力一次点应在温度一次测点的上游。,化工仪表安装规范,温度仪表安装,化工仪表安装规范,压力仪表安装 压力取源部件安装方式 焊接 螺纹连接,化工仪表安装规范,压力仪表安装技术要求 取压口的位置选择 避免处于管路弯曲、分叉及流束形成涡流的区域，应选在被测物料流束稳定的地方。 当管路中有突出物体（如测温元件）时，取压口应取在其前面；插入生产设备的取压管的内端面，与工艺设备的接触处内壁应保持平齐，不许有凸出物或毛刺，以免影响静压力的正确取得。 当检测温度高于60的液体、蒸汽和可凝性气体的压力时，就地安装的压力表的取源部件应带有环型或U型冷凝弯。 当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。泵出口压力表与泵出口法兰的距离不小于2倍的管径。 对于宽广容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。,化工仪表安装规范,压力仪表安装技术要求 取压点位置的确定和连接导压管的铺设 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能的短，最长不超过50m，否则引起测量滞后。 连接导管的水平段应有一定的倾斜度，根据不同物料及测量要求应有1：101：100的坡度，以利于排除积存的液体或气体。 当被测介质为气体时，取压点应在管道上半部；当被测介质为液体时，取压点则应在管道下半部与管道的水平中心线成045夹角范围内；当测量蒸汽压力时，取压点应在管道的上半部，以及下半部与管道水平中心线成045夹角范围内。 当被测参数为较小的差压值时，导压管的倾斜度可再稍大一点，并保证正负压管在同一环境条件下。 此外，如导压管在上下拐弯处，则应根据导压管中的介质情况，在最低点安置排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度。冷凝液体或气体要定期排放。,化工仪表安装规范,压力仪表安装技术要求 测压仪表的安装及使用注意事项 仪表应垂直于水平面安装在易观察和检修的地方；普通压力表安装高度与一般人视线平齐，安装高度为1.51.6m, 高压压力表的安装位置应高于一般人头部,安装高度为1.71.8m。 仪表测定点与仪表安装位置应处在同一水平面，否则应考虑附加高度误差的修正。 仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。 为保证检修方便，压力表的取压口到压力表之间应装切断阀，切断阀安装在靠近取压口的地方，如需在现场调校，被测介质又有脏污的情况，切断阀改用三通阀。 保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。 测量高压时，选用有通气孔的压力表，安装时表壳应向墙壁或无人通过的地方，安装在操作岗位附近时，宜距地面1.8m以上，或在仪表正面加防护罩，防止意外发生。,化工仪表安装规范,压力仪表安装技术要求 仪表在下列情况使用时应加附加装置，但不应产生附加误差，否则应考虑修正。 为了保证仪表不受被测介质侵蚀或粘度太大、结晶的影响，应加装隔离装置； 为了保证仪表不受被测介质的急剧变化或脉动压力的影响，应加装缓冲器。尤其在压力剧增和压力陡降时，最容易使压力仪表损坏报废，甚至弹簧管崩裂，发生泄漏现象。 为了保证仪表不受振动的影响，压力仪表应加装减振装置及固定装置。 为了保证仪表不受被测介质高温的影响，应加装充满液体的弯管装置。 专用的特殊仪表，严禁它用，也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量，更严禁用一般的压力表作特殊介质的压力测量。 对于新购置的压力检测仪表，在安装使用之前，一定要进行计量检定，以防压力仪表运输途中震动、损坏或其它因素破坏准确度。,化工仪表安装规范,流量仪表安装 速度式流量仪表 容积式流量仪表,化工仪表安装规范,流量仪表安装技术要求 涡街流量计、电磁流量计、节流装置等对工艺管道前后直管段、流体流向、工艺介质特点、取源部件连接方式的要求。,化工仪表安装规范,物位仪表安装 差压式液位计,化工仪表安装规范,物位仪表安装 浮筒液位计,化工仪表安装规范,物位仪表安装 放射性液位计,化工仪表安装规范,物位仪表安装 雷达液位计,化工仪表安装规范,控制阀安装 调节阀 程控阀 联锁切断阀 控制阀附件,化工仪表安装规范,可燃有毒气体泄漏检测仪表安装 GB50493-2009 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范,化工仪表安装规范,控制室火灾报警系统,化工仪表安装规范,控制室仪表安装 系统结构,化工仪表安装规范,控制室仪表安装 机柜接线,化工仪表安装规范,控制室仪表安装 系统接地,化工仪表安装规范,控制室仪表安装 防雷接地 现场仪表防浪涌保护SPD 控制室侧防浪涌保护SPD,化工仪表安装规范,隔爆型和本安型仪表 隔爆型仪表 隔爆又称耐压防爆，它把能点燃爆炸混合物的仪表部件封闭在一个外壳内，该外壳特别牢固，能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力，并阻止向壳外的爆炸性混合物传爆。 本安型仪表 本安型仪表又叫安全火花型仪表，它的特点是仪表在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,仪表设备维护的三种基本方法 被动性维护：事故发生后才采取行动。等待设备发生故障，然后进行维修或更换。 预防性维护：根据历史经验，按时间表采取预防性维护措施（如装置计划性检修），防止设备故障发生。 预测性维护：采用具有先进技术的诊断测试和评估装置或智能仪表，根据现场输入信息采取维护措施。,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,过程检测与控制仪表的日常维护是保证生产装置安全稳定运行的重要环节，属于预防性维护。 仪表日常维护内容： 巡回检查 定期润滑 定期排污 保温伴热,化工仪表基础维护与管理,巡回检查 在所辖的维护保养责任区，根据仪表分布情况，按规定的路线进行巡回检查。巡回检查内容包括： 仪表信息卡 仪表示值 控制阀、联锁阀阀位 仪表电源 仪表气源 保温伴热状况 仪表本体及连接件腐蚀情况 仪表与工艺接口泄漏情况 仪表完好状况（执行Q/LTHGF 4902010仪表维护检修通用规范中7的规定 ）,仪表日常维护,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,仪表巡检牌,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,定期润滑 定期润滑是仪表日常维护的一项内容，周期视具体情况而定。需要定期润滑的仪表和部件主要有： 记录仪的传动机构、平衡机构 气动记录（调节）仪表A/M切换滑块、走纸机构 气动直行程执行机构的传动部件 气动角行程执行机构的转动部件 部分阀体密封填料 调节阀手轮机构 苛刻条件下固定仪表的螺栓丝扣外露部分,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,加脂加油部位,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,定期排污 定期排污是仪表的工作条件而定，主要包括排污和吹洗。,化工仪表基础维护与管理,仪表日常维护,保温伴热 保温（保冷）是一种有效的节能措施。 伴热一般采用电加热或蒸汽加热方式，达到满足仪表测量条件的目的。,化工仪表基础维护与管理,仪表故障分析与处理,仪表故障可以分为自身故障和系统故障 自身故障的处理方法相对简单，主要方法可归纳为： 调查法 直观检查法 断路法 短路法 替换法 分部法 体干扰法 电压法 电流法 电阻法 系统故障是检测控制系统中出现的仪表故障，具有重要、复杂、技术要求高等特点。,化工仪表基础维护与管理,仪表开停车注意事项,仪表开车注意事项 与工艺密切配合，不影响工艺开车进度。 大修后仪表应与信息卡上的信息一致。 断电的仪表应检查后及时供电。 开车前仪表气源应排污。 节流装置、调节阀的安装方向应与流向一致。 有负迁移的液位测量变送器负压侧导压管加液。 变送器隔离液灌装。 气动信号管线接头试漏。 测蒸汽流量的差压变送器开表。 热偶补偿导线极性。 调节阀联动调校。 带联锁的仪表运行正常后才能投用联锁。,化工仪表基础维护与管理,仪表开停车注意事项,仪表停车注意事项 与工艺密切配合，了解停车时间和设备检修计划。 拆卸仪表前应先断仪表电源或气源。 电源电缆和信号电缆接头应分别作绝缘处理。 拆卸压力表、压力变送器应先泄压、排气、排残液。 拆卸孔板注意流向。 带有联锁的仪表应切除联锁后拆卸。 拆下的仪表应做好标识，便于回装。,化工仪表基础维护与管理,仪表维护与检修记录台账管理,仪表设备检修记录 仪表设备校验记录 仪表设备检修质量验收表单 装置隐患排查记录 设备缺陷跟踪记录 设备变更记录,安全仪表系统,概述,安全仪表系统,概述,在IEC61508 中，SIS被称为安全相关系统（Safety Related System,SRS）,将被控对象称为被控设备（EUC）。 IEC61511将安全仪表系统SIS定义为用于执行一个或多个安全仪表功能（Safety Instrumented Function,SIF）的仪表系统。SIS是由传感器（如各类开关、变送器等）、逻辑控制器、以及最终元件（如电磁阀、电动门等）的组合组成。 IEC61511又进一步指出，SIS可以包括，也可以不包括软件。另外，当操作人员的手动操作被视为SIS的有机组成部分时，必须在安全规格书（Safety Requirement Specification,SRS)中对人员操作动作的有效性和可靠性做出明确规定，并包括在SIS的绩效计算中。 从SIS的发展过程看，其控制单元部分经历了电气继电器（Electrical）、电子固态电路（Electronic）和可编程电子系统（Programmable Electronic System），即E/E/PES三个阶段。,安全仪表系统,概述,安全仪表系统国标上通用的标准为： IEC 61508：主要用于安全仪表系统制造和供应商。 IEC 61511：主要用于安全仪表系统设计、集成和用户。 我国此前有中石化行业标准：SH/T3018-2003 石油化工安全仪表系统设计规范，目前已上升为国标GB/T50770-2013，并在9月1日起实行。,安全仪表系统,概述,按照SIS的定义，下述系统均属于安全仪表系统： 安全联锁系统（Safety Interlock SystemSIS） 安全关联系统（Safety Related SystemSRS） 仪表保护系统（Instrument Protective SystemIPS） 透平压缩机集成控制系统（Integrated Turbo & Compressor Control SystemITCC） 火灾及气体检测系统（Fire and gas systemsF&G） 紧急停车系统（Emergency Shutdown DeviceESD） 燃烧管理系统（Burner Management System） 高完整性压力保护系统（High Integrity Pressure Protection System,HIPPS） 列车自动防护系统（ATP）,安全仪表系统,逻辑运算的基本规则,交换律 AB = BA A + B = B + A 结合律 ABC = A( BC ) A + B + C = A + ( B + C ) 分配律 A( B + C ) = AB + AC A + ( BC) = ( A+B )( A+C ) 重复律 AAAA = A A + A + A + A = A 自等律 A1 = A A + 0 = A,安全仪表系统,吸收律 A( B + A ) = A A + ( BA ) = A 互补律 AA = 0 A + A = 1 01律 A0 = 0 A + 1 = 1 非非律 A = A 反演律 ABC = A + B + C A + B + C = ABC,逻辑运算的基本规则,安全仪表系统,SIS系统的相关标准及认证机构,鉴于SIS涉及到人员、设备、环境的安全，因此各国均制定了相关的标准、规范，使得SIS的设计、制造、使用均有章可循。并有权威的认证机构对产品能达到的安全等级进行确认。这些标准、规范及认证机构主要有： 我国石化集团制定的行业标准SHB-Z06-1999石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则。 2006年、2007年等同采用IEC61508、IEC61511的中国国家标准GB/T20438、GB/T21109相继发布，中国的功能安全标准开始规范我国的功能安全工作。,安全仪表系统,国际电工委员会1997年制定的IEC 61508/61511标准，对用机电设备（继电器）、固态电子设备、可编程电子设备（PLC）构成的安全联锁系统的硬件、软件及应用作出了明确规定。 美国仪表学会制定的ISA-S84.01-1996安全仪表系统在过程工业中的应用。 美国化学工程学会制定的AICHE（ccps）-1993，化学过程的安全自动化导则。 英国健康与安全执行委员会制定的HSE PES-1987，可编程电子系统在安全领域的应用。,SIS系统的相关标准及认证机构,安全仪表系统,德国国家标准中有安全系统制造厂商标准-DIN V VDE 0801、过程操作用户标准-DIN V 19250和DIN V 19251、燃烧管理系统标准-DIN VDE 0116等。 德国技术监督协会（TV）是一个独立的、权威的认证机构，它按照德国国家标准（DIN），将ESD所达到的安全等级分为AK1AK8，AK8安全级别最高。其中AK4、AK5、AK6为适用于石油和化学工业 取得TUV认证的SIS产品 。,SIS系统的相关标准及认证机构,安全仪表系统,DCS与SIS的主要区别,安全仪表系统,原则上应独立设置（含检测和执行单元）； 中间环节最少； 应为故障安全型； 采用冗余容错结构。,SIS系统设计应遵循的原则,安全仪表系统,故障安全原则,组成SIS的各环节自身出现故障的概率不可能为零， 且供电、供气中断亦可能发生。 当内部或外部原因使SIS失效时，被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态（Fault to Safety），这就是故障安全原则。 具体体现： 现场开关仪表选用常闭接点，工艺正常时，触点闭合，达到安全极限时触点断开，触发联锁动作，必要时采用“二选一”、“二选二”或“三选二”配置。 电磁阀采用正常励磁，联锁未动作时，电磁阀线圈带电，联锁动作时断电。,安全仪表系统,送往电气配电室用以开/停电机的接点用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。 作为控制装置（如PLC）“故障安全”意味着当其自身出现故障而不是工艺或设备超过极限工作范围时，至少应该联锁动作，以便按预定的顺序安全停车（这对工艺和设备而言是安全的）；进而应通过硬件和软件的冗余和容错技术，在过程安全时间（PST-Process Safety Time）内检测到故障，自动执行纠错程序，排除故障。,故障安全原则,安全仪表系统,工程实例1,安全仪表系统,工程实例2,安全仪表系统,PS,Logic solve 逻辑解算器,feed valve 进料阀,Reactor 反应器,TS,Feed进料,Pressure Sensor 压力变送器,Temperature Sensor 温度变送器,当反应器温度及压力超高达到危险状态时都要停车，关断进料阀。,工程实例3,安全仪表系统,工程实例3所示安全仪表系统，该系统由一个压变、一个温变、一个阀门和一个安全PLC组成的SIS系统。 压力（温度）变送器检测容器内压力（温度）并将其变换成合适的信号传送给安全PLC，安全PLC判断若压力超过了额定值则打开阀门以降低容器内压力，这被称为安全系统的一个安全功能。很明显例子中仪表安全系统只有一个安全功能。如果三个设备有一个或多个失效，安全功能将失效，即它将不能对压力容器内压力进行限制。因此安全仪表系统的安全性能由传感器、逻辑解算器和执行器三部分功能决定。 SIS安全功能实际上讲的是让SIS执行什么样的安全任务，如何保护受控设备。,工程实例3分析,安全仪表系统,冗余和容错,冗余（Redundant）：具有指定的独立的N：1重元件，并且可以自动地检测故障，切换到后备设备上。 （SHB Z06 1999） 冗余系统（Redundant System）：并行地使用多个系统部件，以提供错误检测和错误校正能力的系统。 （SHB Z06 1999）。,安全仪表系统,容错（Fault Tolerant）：具有内部冗余的并行元件和集成逻辑，当硬件或软件部分故障时，能够识别故障并使故障旁路，进而继续执行指定的功能。或在硬件和软件发生故障的情况下，系统仍具有继续运行的能力。它往往包括三方面的功能：第一是约束故障，即限制过程或进程的动作，以防止在错误被检测出来之前继续扩大；第二是检测故障，即对信息和过程或进程的动作进行动态检测；第三是故障恢复即更换或修正失效的部件。 容错系统（Fault Tolerant System）：具有容错结构的硬件与软件系统。,冗余和容错,安全仪表系统,通过冗余和故障屏蔽的结合来实现容错。容错系统一定是冗余系统，冗余系统不一定是容错系统。容错系统的冗余形式有双重、三重、四重等。,冗余和容错,安全仪表系统,三重信号冗余容错系统,安全仪表系统,三重模块冗余容错系统,安全仪表系统,安全联锁系统组成示意图,输入信号 （检测）,逻辑关系 （控制）,输出信号 （执行）,安全仪表系统工程实施,安监总管三201287号文关于开展提升危险化学品领域本质安全水平专项行动的通知在其工作目标中提到：“全面完成涉及重点监管危险化工工艺的化工装置、涉及重点监管危险化学品的生产储存装置和重大危险源（以下统称“两重点一重大”）的自动化控制系统改进，本质安全水平得到明显提升；对未经过正规设计的在役化工装置进行安全设计诊断，全面消除安全设计隐患”。在其重点任务中要求加快涉及“两重点一重大”企业的自动化控制系统改进工作。,相关政策法规,安全仪表系统工程实施,安监总管三201312号文第二批重点监管危险化学品名录的通知。列出了氯酸钠、氯酸钾等14个重点监管的危险化学品名录，同时给出了安全措施和应急处置原则。文件还要求相关企业积极开展涉及重点监管危险化学品的生产、储存设施自动化监控系统改造提升工作，高度危险和大型装置要依法装备安全仪表系统（紧急停车或安全联锁）并确保2014年底前完成。,相关政策法规,安全仪表系统工程实施,2011年国家安监总局第40号令做出了危险化学品重大危险源监督管理暂行规定，此规定第三章第十三条要求： （一）重大危险源配备温度、压力、液位、流量、组分等信息的不间断采集和检测系统以及可燃气体和有毒有害气体泄漏检测报警装置，并具备信息远传、连续记录、事故预警、信息存储等功能；一级或二级重大危险源，具备紧急停车功能。记录的电子数据的保存时间不少于30天。 （二）重大危险源的化工生产装置装备满足安全生产要求的自动化控制系统；一级或二级重大危险源，装备紧急停车系统（ESD）。,相关政策法规,安全仪表系统工程实施,（三）对重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置；毒性气体的设施，设置泄漏紧急处理装置。涉及毒性气体、液化气体、剧毒液体的一级或二级重大危险源，配备独立的安全仪表系统（SIS）。 （四）重大危险源中储存剧毒物质的场所或者设施，设置视频监控系统。以上措施可以有效地保证重大危险源的安全。,相关政策法规,安全仪表系统工程实施,立项申请报告 可行性研究报告 初步设计 采购合同签订 安装、调试 竣工验收,某公司合成氨装置SIS系统改造,安全仪表系统工程实施,立项申请报告,某公司合成氨装置SIS系统改造,安全仪表系统工程实施,立项申请报告,某公司合成氨装置SIS系统改造,安全仪表系统工程实施,立项申请报告,某公司合成氨装置SIS系统改造,安全仪表系统工程实施,可行性研究报告 实施技术方案,某公司合成氨装置SIS系